中山大學梅林教授Adv. Mater.：一種新型的超薄二維硼納米薄片在多模態成像輔助癌癥治療中的應用

【引言】

二維納米材料因為獨特的物理化學性質而在各個領域都受到了廣泛的關注，比如電子材料、光電材料和能源材料。而二維材料中的某些材料在生物檢測、組織工程和癌癥納米藥物等方向也吸引了許多科學家的關注。其中，硼因為較高的化學穩定性、熱電性、局部離子鍵和超導性，在二維材料中的得到了廣泛的關注。但是由于硼的體相并不存在類似其他二維材料（石墨烯、黑磷等）的層狀結構，嚴重限制了二維超薄硼納米片的高效率制備以及在各個領域的實際應用。

【成果簡介】

近日，中山大學梅林教授課題組與哈佛大學醫學院施進軍教授和深圳大學張晗教授課題組合作，結合高溫氧化刻蝕與液相剝離技術，開發了一種自上而下高效率制備超薄二維硼納米片的方法，并基于PEG接枝的硼納米薄片，發展了一種集多模式成像（熒光、光熱、光聲成像）與多手段治療（光熱、化療）于一體的新型腫瘤診療體系。此體系在癌癥治療和成像方面表現出諸多優良的特點，包括：1)近紅外光熱轉換效率高達42.5%；2)較高的藥物負載能力，且可被近紅外光和弱酸性環境觸發藥物釋放；3)在腫瘤位點富集；4)多模態精準成像；5)高效的腫瘤清除能力和極佳的生物相容性。這個工作是目前為止第一個報道自上而下制備超薄二維硼納米薄片，且將其應用在了多模態成像輔助的腫瘤治療中。該成果以題為"A Novel Top-Down Synthesis of Ultrathin 2D Boron Nanosheets for Multimodal Imaging-Guided Cancer Therapy"發表在Adv. Mater.上，第一作者為中山大學姬曉元研究員。

【圖文導讀】

圖1.?超薄二維硼納米薄片的制備和表征

(a-d).TEM圖

(e-h).HRTEM圖

(i-l).AFM圖

(m-p).XPS譜圖

圖2. 硼納米薄片用于載藥的表征

(a).分散性

(b).XPS譜圖

(c).紅外譜圖

(d).紫外-可見光-近紅外吸收譜圖

(e).在808nm激光照射下水和B-PEG NSs的光熱加熱曲線

(f).激光關閉以后，時間和-InΘ之間的線性關系

(g).B-PEG NSs光熱轉換效率穩定性

(h).B-PEG/DOX NSs的STEM-EDS成像

(i).B-PEG/DOX NSs在不同DOX濃度的紫外-可見光-近紅外吸收

(j).DOX負載效率

(k).不同pH環境的DOX釋放

圖3.細胞實驗

(a).不同細胞與B-PEG NSs共同培育48h后的細胞存活率

(b).?不同細胞與B-PEG NSs共同培育，在808nm激光照射10分鐘，4h后的細胞存活率

(c).MCF-7經過不同處理后的細胞存活率

(d).活死細胞染色圖

圖4.硼納米薄片的活體成像，體內分布和癌癥治療效果

(a).在注射24h后，腫瘤和主要器官的熒光圖

(b).自由Cy5.5或Cy5.5標記的B-PEG NSs在老鼠中的半定量分布

(c).不同濃度的體外光聲成像

(d).在注射后不同時間后的腫瘤光聲成像圖

(e).PA信號和濃度的線性關系

(f).d圖中PA信號的數值

(gh).不同處理后的近紅外熱成像和溫度隨時間的變化

(i).經過不同處理后，腫瘤的生長曲線

(j).處理14天后，腫瘤的照片

(k).老鼠的體重變化

圖5.體內毒性分析

【小結】

在這個工作中，作者基于PEG接枝的硼納米薄片，發展了一種新型藥物傳遞的方法。這種方法癌癥治療和成像方面表現出諸多優良的特點，包括：1)近紅外光熱轉換效率高達42.5%；2)較高的藥物負載能力，且可被近紅外光和弱酸性環境觸發藥物釋放；3)在腫瘤位點聚集；4)多模態成像(光聲成像、光熱成像和熒光成像)；5)完全的腫瘤清除能力和生物相容性。這個工作是目前為止第一個報道從上往下制備超薄二維硼納米薄片，且將其應用在了多模態成像輔助藥物釋放中。

文獻鏈接：A Novel Top-Down Synthesis of Ultrathin 2D Boron Nanosheets for Multimodal Imaging-Guided Cancer Therapy(Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201803031)

【團隊介紹】?

本團隊以梅林教授為學科帶頭人，包括特聘研究員2人、副教授1人、博士后1人、在讀博士生3人和在讀碩士生7人，以分子藥劑學、生物材料、藥物遞送系統和緩控釋制劑為主要研究方向。目前已經在PNAS、Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Advanced Science、Biomaterials和Advanced Drug Delivery Reviews等期刊發表SCI論文80余篇，其中ESI高被引論文9篇和熱點論文1篇。

梅林，中山大學“百人計劃”教授、博導。復旦大學藥學本科，北京協和醫學院(清華大學醫學部)博士和新加坡國立大學博士后。獲廣東省自然科學杰出青年基金，入選教育部新世紀優秀人才、廣東特支計劃百千萬工程青年拔尖人才、深圳市地方級領軍人才、深圳市海外高層次人才（孔雀計劃）B類和南山區領航人才，榮獲全國優秀博士學位論文提名獎、深圳市青年科技獎和深圳市自然科學獎二等獎。任第五屆南山區政協委員、民盟深圳市科技創新委員會委員、民盟南山總支大學城支部副主委、南山區政協智庫專家。獲得國家自然科學基金面上和青年基金項目、廣東省科技計劃、廣東省杰出青年科學基金、廣東省自然科學基金、中國博士后科學基金特別資助和一等資助等各類項目20余個。擔任Scientiifc Reports編委，藥學學報、Acta Pharmaceutica Sinica B和Chinese Chemical Letters青年編委。

團隊在該領域的工作匯總（代表性論文5篇）

1、Tao W, Zhu X, Yu X, Zeng X, Xiao Q, Zhang X, Ji X, Wang X, Shi J*, Zhang H*, Mei L*. (2017) Black phosphorus nanosheets as a robust delivery platform for cancer theranostics. Adv Mater., 29 (1): 1603276. doi: 10.1002/adma.201603276. （ESI熱點論文）

2、Wei Cheng, Junpeng Nie, Nansha Gao, Gan Liu*, Wei Tao, Xiaojun Xiao, Lijuan Jiang, Zhigang Liu,?Xiaowei Zeng*, Lin Mei*, A multifunctional nanoplatform against multidrug resistant cancer: merging the best of targeted chemo/gene/photothermal therapy, Advanced Functional Materials?2017；27（45）:?1704135.

3、?Zeng X, Liu G, Tao W, Ma Y, Zhang X, He F, Pan J*, Mei L*, Pan G*. (2017) A drug-self-gated mesoporous antitumor nanoplatform based on pH-sensitive dynamic covalent bond. Adv. Funct. Mater., 27: 1605985.（ESI高被引論文）

4、Zeng X, Luo M, Liu G, Wang XS, Tao W, Lin Y, Ji XY, Nie L, Mei L*. Polydopamine-modified black phosphorous nanocapsule with enhanced stability and photothermal performance for tumor multimodal treatments. Advanced Science?2018, 1800510. DOI: 10.1002/advs.201800510.

5、Wei Cheng, Chaoyu Liang, Lv Xu, Gan Liu, Nansha Gao, Wei Tao, Lingyan Luo, Yixiong Zuo, Xusheng Wang, Xudong Zhang, Xiaowei Zeng*,?and Lin Mei*, TPGS-functionalized polydopamine-modified mesoporous silica as drug nanocarriers for enhanced lung cancer chemotherapy against multidrug resistance,?Small 2017; 13: 1700623.

本文由材料人學術組gaxy供稿，材料牛整理編輯。 ?

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